校园节能.pdf

自 动 化 工 程 训 练 设 计 报 告 题目节约型校园节能监管系统 学院信息与控制工程 专业 班级 学生姓名 学号 自动化工程训练设计报告 目录 1 设计依据和背景 ........................................................... 1 1.1 设计背景............................................................ 1 1.2 设计依据 ............................................................. 1 2 总体设计方案 ............................................................. 2 2.1 系统设计原则........................................................ 2 2.2 系统整体架构........................................................ 3 2.2.1 供暖子系统 .................................................... 4 2.2.2 监控终端功能 .................................................. 5 2.2.3 供暖监控子系统和监控终端之间关系 .............................. 5 2.2.4 供电节能控制子系统 ............................................ 6 2.2.5 校园节水方案 .................................................. 8 3 软硬件选择和器件简介 ..................................................... 9 3.1 能耗监测管理平台软件 ................................................ 9 3.2 器件简介............................................................ 9 3.2.1 能耗数据采集器. ................................................ 9 3.2.2 联网温控器 ................................................... 10 3.2.3 网络直读水表.................................................. 11 3.2.4 网络电表 ..................................................... 11 4 效益分析和结论 ........................................................... 12 4.1 效益分析........................................................... 12 4.1.1 校园效益 ..................................................... 12 4.1.2 环境效益 ..................................................... 12 4.1.3 社会效益 ..................................................... 12 4.2 结论............................................................... 13 自动化工程训练设计报告 1 1设计依据和背景 1. 1设计背景 近年来, 由于大学学校人员和规模大大增加 , 能源消耗成为学校的沉重负担 ,设施 设备大大增加。 学校节能工作的快速推动势在必行,急需根据学校具体情况进行建造和 实施大学节能监管系统,通过信息化的技术实现学校能源的科学化管理。 采用合理能源 管理模式分期对采暖、配电、等进行全方位节能改造,持续推进节能减排工作, 将精细 化管理落到实处, 降低办学成本, 节约校园能源,不断提高学校综合管理水平， 校园节能 监管平台建设示范项目主要是对校园建筑设施能耗及水耗监测及管理系统的建设。校 园节能监管系统由计量表具、数据采集及转换装置、建筑能耗智能控制、数据传输网 络、数据中转站、数据服务器和管理软件等组成，完成对校园建筑设施能耗的计量、 数据分析、数据统计、节能分析及节能指标管理。在全球经济高速发展的今天。 能源问题成为各国政府普遍关注的焦点，尤其是中国几乎所有能源人均都不及世 界的一半。能源危机一直是我国高度重视的问题，党和国家不断号召全社会广泛开展 节能减排宣传活动，提高全民资源节约意识和忧患意识。高校集教学、科研、生活于 一体，人口密度高，建筑量大，更是能源消耗的大户。 1.2 设计依据 教育部直属高等学校节能监管系统建设工作方案 高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法 高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则 高等学校校园建筑节能监管系统运行管理技术导则 高等学校校园建筑能耗统计审计公示办法 高等学校校园设施节能运行管理办法 节能监测技术通则GB/T15316-1994 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设分项能耗数据采集技术导则 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范 多功能电能表通信规约DL/T 645-1997 多功能电能表DL/T614-1997 电能计量装置技术管理规程DL/T 448-2000 自动化工程训练设计报告 2 2 总体设计方案 2.1 系统设计原则 校园建筑节能监管系统由计量表具、数据采集及转换装置、建筑能耗智能控制、 数据传输网络、数据中转站、数据服务器和管理软件等组成，完成对校园建筑设施能 耗的计量、数据分析、数据统计、节能分析及节能指标管理。 系统基于互联网技术、采用 C/S和 B/S相结合的软件构架。系统具备能耗数据实 时采集和通讯、能耗控制、远程传输、自动分类统计、数据分析、指标比对、图表显 示、报表管理、数据储存、数据上传等功能；满足校园节能监管平台的建设内容及要 求。 自动化工程训练设计报告 3 2.2 系统整体架构 系统整体架构如图 1.1 数据中心 实时监控主站 供电子系统供暖子系统供水、燃气子系统 监控子系统 实时监控主站 数据中心 省级数据中心 用电分 类、分 项计量 用电节 能控制 供暖分 类计量 供暖节 能控制 用水、 用气分 类计量 图 1.1 系统架构图 监管系统建设主要包括了 （1）用电分类、分项能耗数据计量； （2）校园建筑用电智能节能控制； （3）供暖建筑分类计量； （4）供暖建筑智能节能控制； （5）校园建筑用水、用气（燃气）分类计量； （6）用水、用气节能控制； （7）水、电、暖、气各子系统监控中心建设； （8）数据监控主站建设； （9）能耗数据中心建设； 自动化工程训练设计报告 4 2.2.1 供暖子系统 换热站监控系统进行升级，将监控终端的监控信号和原换热站监控信息系统集成后纳 入高等学校节能监管平台供暖子系统内。其原理图如图 1.2 图 1.2 供暖子系统建设方案原理图 换热站和监控终端的监控信息通过有线和无线的方式同供暖监控子系统进行交 互；供暖监控子系统利用 OPC 技术将供暖系统监测数据上传至实时监控主站，在实时 监控主站汇总各个子系统信息后，将相关数据传递给数据中心，数据中心对这些数据 进行分析比对后上传至省监测中心。 换热站监控站主要由可编程控制器、触摸屏和监控设备（热量表、电动调节阀、变频 器、压力变送器和温度变送器等）组成，它的主要功能是将换热站内实时监测数据上 传至监控子系统，并根据子系统命令或由操作人员通过触摸屏对换热站运行参数进行 调整。 供暖监控 子系统 , , 控制器 触摸屏 换热站监控站 G PR S 监控终端 DTU 控制器 远程访问 实时监控主站 省监测中心 数据中心 OPC 自动化工程训练设计报告 5 2.2.2 监控终端功能 监控终端主要由可编程控制器、无线通信模块、监控设备和文本编辑器组成，其主要 功能为 （1）对楼宇内的压力传感器、热量表和电动调节阀进行实时监测； （2）通过无线通信模块，将获得的监测数据上传到监控子系统； （3）利用无线模块，接收由监控子系统发送的控制命令，实现监控中心对监控终端的 远程控制； （4）利用文本编辑器，实现对站内传感器和控制装置的就地监控。 供暖监控子系统主要包括工控机、 通信设备及安装在工控机上的监控软件等, 其主要功 能为 （1）接收换热站监控站和各监控终端上传的实时监测数据； （2）依据预先设定控制策略或由用户根据需要对各监控终端的控制装置下达控制指 令，通过调节智能电动调节阀的开度和变频器的运行频率，实现根据气候变化和供暖 系统内热负荷的变化调节换热站换热量的功能，并解决二次网之间的管网流量平衡问 题； （3）保存各监控终端和换热站监控站上传的监测数据，并具有过往数据查询和报表打 印功能； （4）提供相应接口，用户利用网络可实现对系统的远程访问； （5）通过 OPC 将供暖监控数据上传至上级监控主站。 2.2.3 供暖监控子系统和监控终端之间关系 供暖监控子系统和监控终端之间通过基于 GPRS 的无线通信技术实现流畅通信。 系统通 讯采用 GPRS 无线通信技术，与有线通讯方式对比，可大大减少工程量和铺设通讯电缆 的初始投资，成本低、通讯稳定可靠。 通过对系统改造方案的分析可知，系统建设完成后，可实现以下主要功能 （1）实现对换热站和监控终端的实时、远程监测； （2）实现对换热站和监控终端内电动调节阀的远程调节； （3）实现对换热站内循环泵的变频控制； （4）实现对监测数据的保存、提取和打印功能。 自动化工程训练设计报告 6 2.2.4 供电节能控制子系统 供电节能控制系统主要包括智能开关、照度及人体探测传感器、控制和通讯网络、 计算机管理中心几大部件。智能开关内含通讯模块，负责接收控制命令、控制照明系 统供电和发出开关状态信号，并组成现场控制网络；照度及红外传感器负责采集教室 内光照强度和人体探测信息的传递。计算机管理中心按照管理的要求编制管理软件， 并根据实时信息下发控制命令和显示照明系统的工作状态。控制系统能根据课程表时 间、光照度和是否有人在教室等条件对照明进行自动远程控制，如图1.3 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 房间 1房间 2房间 N 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器 智能节电器 照明灯具 空调 房间 1房间 2房间 N 人体感应器 智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 人体感应器智能节电器 照明灯具 空调 房间 1房间 2房间 N 1 层 串口服务器 监控终端 智能手机 校园网/因特网 N-1 层 N 层 图 1.3 供电节能控制系统 系统实现功能 （1）在正常上课时间，系统根据标准点的光照度信息，判断是否需要给所有教室的照 明系统供电，如果系统不给照明系统供电，照明系统无法使用； （2）对于光照强度比较特殊的教室，系统根据该教室的光照度参数判断是否需要单独 对该照明系统供电，系统不给供电，照明系统无法使用； （3） 系统可以在下课时间断开所有教室照明系统供电， 教室内手动开关无法开启照明； （4）上课时间恢复照明用电供电，有在使用的教室按动手动开关，恢复教室照明，无 人教室虽然照明系统有电，但仍不会使用； （5）根据学校规定，自习时间恢复部分教室的照明供电，没有供电的教室无法使用照 明； 自动化工程训练设计报告 7 （6）系统可以根据管理要求，对每一路照明系统进行单独的供电和断电控制； （7）根据作息制度自动开关灯，可以灵活的根据作息制度对灯进行控制；能自动的根 据教室内的光照度、人数以及课程表和作息制度对教室内的照明进行控制；还可以通 过平台对照明进行手动的远程控制。可以通过校园网络，跟平台相联接，可以将设备 检测到的教室人数、开灯数等信息上传到平台上。 （8）远程设置节电控制器参数包括人数、空调及照明设备工作作息时间等； 楼层系统总体布线示意图如下所示。其中红色线表示交流 220V强电线路；蓝色表示 RS-485通信弱电线路。 楼层单个房间中布线，其中红色线表示交流 220V强电线路；蓝色表示 RS-485通信弱 电线路，如图 1.4 人体计数器 大门 智能节电器 光照感应器 黑 板 照明灯具 风扇 图 1.4 楼层单个房间布线示意图 自动化工程训练设计报告 8 2.2.5 校园节水方案 加强用水设备的日常维护和管理，及时维修损坏的供水管网和设施，定期检查更 换水龙头、管道阀门、冲水阀等排、给水器具，防止“跑、冒、滴、漏”浪费现象发 生。杜绝“长流水”现象。 绿化浇灌坚持使用节能设施浇灌， 加强水资源的循环使用， 倡导二次用水、多次用水，提高水资源的利用率。 针对本系统要求，在卫生间安装红 外感应冲水器，通过判断人体进入感应区，控制器自动开启防水阀门，让水流出一定 延时后再自动关闭阀门，放水延时时间可根据现场实际情况进行调节，以达到合理的 节水效果。同时阀门还带有手动开关，解决了停电无法冲水问题。 自动化工程训练设计报告 9 3 软硬件选择和器件简介 3.1 能耗监测管理平台软件 系统软件安装于物业管理部门或其它各种专业管理部门的服务器上 ，通过 M-BUS 或 RS-485网络实现水、电、空调等各种能耗数据采集，实现能耗数据实时检测、系统 设备状态实时检测等功能，并将数据保存在本地系统数据库中，可随时进行数据的统 计、分析、处理和报表打印工作。 数据查询应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时间、计费类型 数据的查询功能； 报表打印应具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根 据需要，自定义/ 修改报表打印格式； 权限设定应具有三级以上操作员密码设定权限； 数据交换系统数据可以以标准、通用的格式直接导出、查询及供其他系统进行 数据交换； 实时数据显示在图形界面上应可实时显示计费数据和数据来源等属性； 报警管理可实时检测系统的工作状态，包括区域管理器、空调热量表、网络 电表、网络水表等。 3.2 器件简介 3.2.1 能耗数据采集器 能耗数据采集器采用嵌入式系统设计，满足国家机关办公建筑和大型公共建筑 能耗监测系统技术导则规定的技术条件。可以做能耗仪表的信息采集和管理设备， 并且直接连接能耗数据服务器，构成能耗检测系统；也可连接能耗监控软件构成本地 能耗监测系统。其优点 （1）总线丰富支持 RS485/ M-Bus 数据采集接口及 TCP/IP LAN 网络接口； （2）支持 DL/T645-1997 、CJ/T188-2004 、GB/T19582-2008 规约； （3）配置维护方便可以使用 LAN接口进行本地或远程配置。 自动化工程训练设计报告 10 3.2.2 联网温控器 （1）RS485 联网，支持远程监控功能完备，具有键盘锁功能、摄氏/ 华氏转换功能、 睡眠功能、时钟/ 设定温度显示切换功能、低温保护功能、背光时间设置功能、温度校 准功能、遥控功能、温度上/ 下限设置功能、累计运行时间，辅助计费功能、实时时 钟功能、双温双控功能、5＋2 或 7天四时段编程功能、节能逻辑设置功能等功能。技 术参数如表 2.1 名称规格及技术参数 电源 电压220VAC 10％，50Hz/60Hz 自耗功率72h 最大负载TC 系列200W 工作环境 温度0℃～40℃ 湿度10RH～95RH，不结露 储藏环境 温度-10℃～60℃ 湿度5RH～95RH，不结露 安装86盒安装，60mm标准孔距 网络RS485联网，MODBUS 协议，波特率 9600bps 表 2.1 技术参数表 自动化工程训练设计报告 11 3.2.3 网络直读水表 （1）符合中华人民共和国国家标准冷水水表 第一部分 规范 GB/T 778.1-1996 ； （2）计量仪表和采集单元一体化的结构。要求信号采集器和计量表一体化，出厂前已 完成信号线的连接和参数的设置； （3）能够具有 M-BUS 网络供电和内置电源双重的供电保护；计量等级B级； （4）使用条件和参数工作环境温度 5 ℃～55℃ （5）储存温度 -10 ℃～ 70 ℃ （6）相对湿度 0 ～ 93 ％RH （7）大气压力 86 ～106kPa （8）最大允许工作压力 1.0MPa （9）介质温度 5 ℃～40℃ （10）水表入口前端应安装过滤网、止回阀 3.2.4 网络电表 （1）符合中华人民共和国国家标准1 级和 2 级静止式交流有功电度表 GB/T 17215-1998 。 能够具有 M-BUS 网络供电和内置电源双重的供电保护。 （2）显示功能 液晶显示，在－20℃～＋50℃温度范围内能清晰显示； （3）具备停电显示功能； （4）通讯功能 电能表具有一个 M-BUS 接口； 通讯规约为 DL ／T 645-1997 。 （5）精度等级1.0 级； （6）额定电压AC380V/220V； （7）环境温度-20℃～50℃ 自动化工程训练设计报告 12 4 效益分析和结论 4.1 效益分析 通过节约型校园建筑节能监管体系建设，能够优化建筑物用能系统的运行管理。 通过智能管控和实施技术节能改造措施，即从管理节能和技术节能两方面达到节能降 耗的目的。 4.1.1 校园效益 校园建筑节能监管体系建设完成，随着各种节能改造措施的逐步实施，节能降耗 效果会逐步扩大，初步预计，静态投资回收期在 3年左右。 在对校园建筑普查中发现建成年代比较近的建筑用能系统大多装设了自动控制系 统，但是由于维护管理不到位，很多建筑未能真正有效利用已经存在的自动控制系统， 仍然使用人工控制方式。也有部分建筑由于自动控制系统过于复杂，操作人员不能够 真正掌握操作要领，致使控制系统作用不能有效发挥。 对于这些建筑，监管体系可发现能耗数据的不正常，通过加强对系统操作人员的 培训或对已有自动控制系统的稍加改造和更新就可以提高系统的用能效率。 通过监管体系的实时监测，规范学生用能习惯，引导学生节约用能，预计可以降 低 15－20％的年总能耗。 4.1.2 环境效益 通过对大学节约型校园的建设，改善大学的校园环境，提高学校的科研、教学能 力和学生在校的生活质量。高等学校是肩负着教育、科研和社会服务重任的基地，是 构成社会的重要社区，也是资源能源消耗的大户，在校园中建设节能监管体系，可充 分发挥学校教书育人作用，通过社团活动让学生融入校园节能工作中去可培养在校学 生节能减排责任感，树立勤俭节约意识。随着学生毕业离校，走入工作岗位，更可以 将节能减排理念带入社会，成为一颗颗“节能”种子，为国家的节能减排工作贡献自 己的力量。因此，建设节约型校园不仅对建设节约型社会具有重要现实意义，更具有 深远的教育意义。在节约能源的同时可保护环境，大量减少温室气体、大气污染物的 排放，从而很好的贯彻落实中央政府关于“节能减排”的战略部署。 4.1.3 社会效益 我国能源资源总量虽然比较丰富，但我国人口众多，人均能源资源拥有量在世界 上处于较低水平，从世界整体水平看存在着明显的差距。国家把资源节约作为基本国 策，以建设资源节约型和环境友好型社会为目标，促进经济发展与人口、资源、环境 相协调，是我国发展道路是必然的战略选择。 自动化工程训练设计报告 13 4.2 结论 节约型校园建设是国家的重要战略部署，也是学校坚持和落实科学发展观的必然 要求，节约型校园建设不仅能更好地完成人才培养目标、提高办学效益、体现学校自 身发展的需要，更是高校应有的社会责任。推进节约型校园建设，可极大地增进临沂 大学师生对建设绿色校园、建设低碳校园、建设生态校园的认知程度和积极性，提高 节约资源的意识，进而推广、扩大、深入，绿色、生态、环保的用能模式，将节能减 排、保护生态环境、建立可持续发展的理念向全社会拓展，使之深入人心。通过本次 实习，我在查阅资料的同时对校园节能监管系统又有了进一步的认识，并将以前学过 的知识巩固了一遍，真正领悟到了温故而知新的益处。 建设节约型校园是学院节约成本的根本措施。节能监管系统的投入使用是一次性 的成本投入，学院建立节能监管平台后，可以对每个办公室、每层教室、每个系部的 用水用电情况进行实时监控和了解，可以随时知道水、电设备的使用是否正常，院领 导和相关管理人员还可在任何有网络的地方进行随时查看和控制。配合学院的相关管 理措施和政策，例如水电使用和系部、处室经费挂钩、水电使用奖惩办法等，就可以 防止水电的人为浪费现象。 实践中我有很多的不懂，才知道有些知识的不足，通过查阅书籍，资料，慢慢的 解决，这些困难能通过我自己的努力解决让我得到很大的成就感，同时也在老师和同 学的帮助下，老师们也不厌其烦地为我们解知识点，把问题一一解决。 实习当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真 思考，用所学的知识，再一步步探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。 感谢老师对我们的细心指导，同时也要感谢学校给我们这次宝贵的实习经验。本 次实习所学到的这些知识很多是我个人在学校很少接触的，但在实际的学习与工作中 又是十分重要、十分基础的知识。通过本次实习我不但积累了许多经验，还使我在实 践中得到了锻炼。 坚信通过这一段时间的实习，从中获得的实践经验使我终身受益，并会在我毕业 后的实际工作中不断地得到印证，我会持续地理解和体会实习中所学到的知识，期望 在未来的工作中把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中来。在这半周 的时间里，我受益非浅。 自动化工程训练设计报告 指导教师评语 成绩 指导教师签字 年月日